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近年、生命科学や創薬の分野でマイクロ流路を使った研究が盛んになっている。二液体の混合や微小液滴の精製などを緻密に制御するためには、マイクロ流路内の流動様式の把握が必要不可欠である。既存の計測技術としては、顕微鏡下でのμPIV(粒子画像流速計)
で二次元の速度分布は計測可能であるが、三次元形状の観察が可能な共焦点顕微鏡を用いても、奥行き方向の速度の計測は難しい。顕微鏡下での三次元流動の観察を実現するためには、単眼での三次元流速計測が可能な新たな計測手法の開発が強く求められている。
本研究では、ドップラー位相シフトホログラフィーを用いることで、光のドップラー効果より物体の奥行き方向速度を計測可能なことに着目し、顕微鏡下でのμPIVによる二次元計測に加え、トレーサー粒子のインラインホログラムの時間変化を高速度カメラで観測
し、粒子の速度によるドップラーシフトを検出することで、単眼でマイクロ流路内のトレーサー粒子の三次元の位置と速度を同時に精度良く計測することを目的とする。
本研究では、初年度に三次元速度計測の原理を実現させた。また、２年度目には、それを発展させ、離散的な計測点に対して、各点の三次元速度を独立に計測可能であることを検証した。最終年度は、ホログラムの干渉光学系に拡大光学系を加えることで、微小領域に対しても同様にドップラー位相シフトホログラフィーが実現可能であることを示した。これにより、微小領域での離散点に対する単眼観察による三次元速度計測が実現出来ており、マイクロ流路内での単眼三次元流速計測の実現に向けて大きく前進しており、光学的にも流体工学的にも大きな意義がある。
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